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传感器大厂AMS在智能网联汽车上要做什么?

2019-03-30
王洁
电子技术应用

“传感器就相当于人的各个感官、器官和手脚,相对来说在未来越来越多的传感器是应用于我们能听到的和我们能看到的。” 艾迈斯AMS)半导体市场与业务发展总监金安敏先生在2019年3月19日的“汽车电子日”活动论坛中如是说道。

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艾迈斯(AMS)半导体市场与业务发展总监金安敏先生

AMS是一家布局于传感器方面的半导体公司,根据AMS的市场分析,未来能听到的和能看到的传感器将是发展热门,AMS将投资和研发重心主要集中于光学的传感、成像的传感和声音的传感三大方向。金安敏认为,这三个方向基本上像人的眼睛和耳朵一样,能看到的、能听到的信息肯定是最丰富的,也是现在发展最快的一块。此外,也有一些特别单一的传感方向,如位置传感以及气体传感,还有流量传感等。

智能网联汽车需要怎样的传感技术

3D识别在以智能手机为代表的消费电子领域已经获得了大量应用,人脸解锁、人脸支付在最近推出的机型中都可以看到, 接下来3D识别在家用电器和工业自动化中也会用得越来越多。AMS认为它也会逐步迁移到汽车中。

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助力未来汽车应用

3D识别技术上的一些关键元器件,如激光发射器,也应用到汽车上,针对特别严酷的应用,如激光雷达(LIDAR)的设计。

未来智能网联汽车更加重视对周围环境的感知,对于驾驶舱内的监测,以及汽车本身和驾驶员与周围环境的交互,将会是一个发展趋势。针对对周围环境的感知,LIDAR作为未来自动驾驶非常重要的一个系统部件是不可或缺的。

根据金安敏的介绍,激光发射器是雷达系统组成中非常关键的光学元件,AMS在垂直激光表面发射器方面通过收购和多年的积累,具有非常成熟的经验,而且在手机上的大量应用可以使得它的流程成本非常低廉,在进一步的开发过程当中,AMS开发的可寻址VCSEL阵列可以用于未来大规模的激光雷达使用,这是一个很关键的技术元素。

在未来汽车更进一步智能化以后,如果汽车不知道驾驶员在干什么,将很难对高度辅助的ADAS系统或者智能驾驶做准确的操作,驾驶员的监控是未来汽车里面必不可少的一个系统。目前欧洲已经对驾驶员疲劳的测试列入了测试之一,只有获得驾驶员监控的车才能获得相应的五星标准,这是未来的一个趋势。

汽车和周边环境的交互,AMS采用的是基于光学的方法,即投射照明。通过侧边的后视镜或通过大灯投射出相应的标志,可以对周边的车辆和行人进行很好的提醒和交互。

纯固态的LIDAR是趋势

现在全球有很多企业在开发LIDAR,大部分的雷达主要还是用在测试车上面,车规级的雷达非常少。车规级的雷达应用主要在城市自动驾驶、高速上辅助驾驶和自动泊车等。但LIDAR的成本比较昂贵,安装也不是特别方便,而且还需要车规的认证。

现在的激光雷达主要形式是机械式的,机械式的雷达通常形式是车顶上一个会转的雷达,它的原理是通过旋转的镜面把光源扫描到整个视场,得到整个视场的信息进行分析。“我们认为最终需要开发一个纯固态的激光雷达。” 金安敏解释道,“当然,现在也有进一步的开发,把机械雷达做小,做成微调的方式来取代大的机械式雷达,总体上也是一个会动的雷达。真正的纯固态雷达是没有运动的机械件,就要用到可寻址硬件VCSEL,即可寻址的垂直表面激光发射器阵列,这是针对开发低成本的、高固态性的激光雷达技术。”

可寻址的VCSEL阵列

由于汽车上的激光雷达需要能够探测从近到远,甚至非常远的距离,意味着激光源发射功率相对比较大,同时又有一个比较小的光速角度。据了解,AMS的VCSEL阵列可以做到在一个阵列上面有超过5万个相应的VCSEL点,有非常高的分辨度,同时由于整个VCSEL的点数非常多,因此功率也非常大。

AMS认为的真正的纯固态激光雷达的工作方式:VCSEL阵列可以做到在纵向和横向上可寻址,通过这种方式可以选择性的打量某个视场的某个部分,或者是全部按照某个顺序扫描,然后接收到各个打量过的信息,以此同样实现像镜面扫描过得到的信息。通过这种方式配合相应的接收器以及可寻址VCSEL阵列,可以有比较高的扫描方式,同时可靠性高、成本低。

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VCSEL架构

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可寻址的VCSEL阵列

金安敏介绍,基于AMS的VCSEL技术,已经在部分安卓机型上实现了3D识别。在汽车方面,AMS已经在跟相关方合作开发固态激光雷达,不久这样的低成本固态激光雷达会进入的市场中,让很多的车开始使用。

在工业方面,AMS的VCSEL技术已经应用于相应的工业自动化以及仓储或者是自动机器人,是一个越来越成熟的技术。

固态雷达可以促进汽车上的大规模应用。现在雷达的成本高昂,如果要大规模用上,需要把成本降下来,而雷达上相对成本比较高的是动的部分,变成固态寻址阵列,通过点亮不同视场的区域来获取整个视场的信息,可以替代镜面扫描的部分,大幅度减少成本。同时,可以做到较大能量。

艾迈斯半导体AIM(汽车、工业、医疗)领域资深应用工程师李铭豪指出:“VCSEL技术上有很大的瓶颈,如果全面点亮同时保持很远的距离,整个光的密度是人眼承受不了的。所以,我们是通过可寻址的方式让VCSEL一个个点亮,这样可以降低对人眼的影响。然后,同时也可以大大降低它的器件功耗,AMS可以做到非常大功率密度。”

未来汽车里面会出现越来越多的传感器。整个汽车里传感器每年的增长是远远大于其他一些部件,包括传统的发动机、转向系统、变速箱上的传感器越来越多,同时投射照明、自动驾驶等新的应用上面也带来了传感器的爆发式增长。

当然传感器也不是盲目添加的,金安敏分析,这时候主机厂就需要进行平衡,在增加的功能、增加的成本和带来的价值上进行折中;法规上的推动也会带来十足的增长;此外一些新功能被领先的车厂率先推出的时候,其他的车厂也会有所考虑。